基于增強現實技術的家庭裝修平臺的創新設計與開發研究

馬旭++徐正科++高潔++熊小軍

摘要：隨著近年來增強現實技術的發展與計算機運算能力的提升，使得將增強現實技術應用于解決家庭裝修設計中的熱點問題成為可能。論文提出的基于增強現實技術的家庭裝修平臺，區別于傳統的裝修設計方式，由服務器與移動端兩個模塊構成，能夠幫助用戶更加便捷、迅速的設計出用戶想要的效果，并且減少了設計周期，同時也減少了一些不必要的浪費。論文首先論述了該平臺提出的背景，然后介紹了平臺的結構設計以及平臺的實現方案，最后進行總結。

關鍵詞：AR技術；家庭裝修設計；增強現實；家庭裝修市場；創意設計

中圖分類號：TU2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）10-0131-03

1 引言

增強現實技術，也就是常說的AR技術，其是在虛擬現實（VR）技術的基礎上進化而來新技術。增強現實是將虛擬的信息通過電子設備與現實世界融合起來的一種技術，能夠實現人機實時互動[1]。2017年AR技術飛速發展，現在已經能夠通過AR的SLAM，MARKLESS技術完成實時感受環境變化、快速將模型與環境融合等任務。隨著科學技術的不斷發展，虛擬現實應用技術、高速數據采集處理技術各自的成熟使得開發基于移動設備的高精度、高性能AR應用成為了可能。

將增強現實技術用于家庭房屋的裝修設計中，這會是一個顛覆性的想法，也是一種顛覆行業的做法。雖然此前也中出現過很多基于3D的裝修設計軟件[2]，但此類軟件對3D數據的處理一般都需要在性能優異的電腦上由專業人員進行建模處理，不具備便攜性，較高的成本也限制了其應用范圍。

隨著經濟的迅速發展，生活水平、消費水平的迅速上升，導致人們對于房產格外重視，從而人們對家庭裝修越來越重視，甚至把家庭裝修作為一個人品味的評價標準之一[3]。現有的裝修流程一般采用設計師制圖，用戶審核通過后直接施工的方式。由于用戶缺少身臨其境的感受，對裝修設計圖的理解并不準確，經常會出現在施工過程中頻繁修改設計，甚至將即將完工的裝修成品砸掉重裝也時有發生。這對客戶和家裝公司都帶來了一定程度的經濟損失，同時也產生了大量的裝修材料垃圾。

2 平臺簡介

針對引言中提到的一些問題，本文提出了基于AR技術的家庭裝修設計平臺。該平臺基于AR相關技術[4]能夠完成家庭裝修的基本設計任務，其中包括對進行周圍3D環境的檢測[5]，并使之與數據庫中的3D裝修材料和家具模型等融合，為用戶提供實時的3D場景圖像，讓用戶能夠真實的感知裝修后的效果，同時3D的體驗可以隨時感受裝修設計是否合理，以至于施工之前就將不合理因素排除，減少了裝修中一些不必要的浪費，同時也在一定程度上解決了裝修中設計圖與施工效果的差異問題，提升了用戶的裝修設計體驗，同時保障工程實施的順利進行。此外，該平臺提供的3D裝修材料和家具模型等數據還能幫助設計師快速建模，減少裝修周期，提高家裝公司的工作效率，降低成本。本文提出了具有一定的創新性、及時性和便攜性的裝修設計平臺。

3 平臺的功能與系統結構設計

本文設計的裝修設計平臺的最終目的是通過AR技術，搭建一個可以快速將家具等的3D模型融入到現實環境中的裝修設計平臺。該平臺由云端服務器與本地移動端組成[6]。家具的3D模型存放在本地是一個非常不明確的選擇，會大量的增加APP的大小，同時會占用用戶很多的存儲空間。隨著技術的發展，我們現在完全有能力將數據存放在云端，用什么取什么，很大程度上減少了用戶儲存空間的浪費。該平臺的服務器由云儲存與數據庫組成，目前上已有多家提供云存儲的服務商，我們可以利用其高速下載和數據加密的優點為用戶提供更好的服務。數據庫則是將模型數據分類整理，最后通過API與移動端進行交互。這樣，每當用戶需要更多的模型數據時，移動端通過API獲取數據信息，實現家具3D模型的下載、裝修模型配置文件的下載、APP的在線更新等功能。移動端由程序代碼、UI、AR SDK、手機組成[7]，實現數據采集，數據處理等功能。圖1是該平臺的系統結構設計。圖2是系統各個主要模塊之間的通信。

本文提出的基于AR的裝修設計平臺擁有如下幾個功能：（1）獲取設備攝像頭權限；（2）完成家具模型的下載；（3）完成動態環境建模；（4）顯示當前的家具模型；（5）取消顯示的家具模型；（6）上傳與分享配置文件。

4 基于AR技術的裝修平臺的實現方案

在移動端，程序被用戶打開后，請求獲取設備攝像頭使用權限，假如用戶不同意，則退出程序，重新打開程序后仍請求手機攝像頭使用權限；如果同意獲取權限則進行下一步。然后程序實時通過挪動設備的攝像頭來獲取外界環境數據，并且將攝像頭獲取的數據交給第三方SDK進行實時的處理，由此生成動態環境模型，之后的模型顯示和刪除都要基于這個模型，與此同時屏幕已經顯示模型[8]。當用戶點擊放置按鈕時，程序將動態的環境模型的Z軸頂部與家具模型的Z軸的底部放置在同一平面上，從而使模型顯示在物體的表面上，生成實時3D模型，并顯示在屏幕上，其效果與現實中相似，完成圖像的顯示功能[10]。當用戶點擊取消按鈕時，刪除在用戶點擊生成時的數據，家具模型消失，只顯示動態環境模型，完成家具3D模型的刪除工作。當用戶點擊下載按鈕時，程序利用API接口向數據庫發送密鑰，數據庫根據密鑰匹配相應的下載地址，并返回給程序，程序根據返回的下載地址下載模型，并加載到程序中，可由用戶進行放置與刪除操作。當整體模型布置完畢之后，詢問用戶是否共享配置文件，若不同意則只將配置文件存儲在本地并繼續等待用戶操作，若用戶同意則將環境數據保存并上傳到云端，方便備份數據與分享給其他用戶。當用戶收到其他用戶分享的URL之后可跳轉至APP中自動實現數據的下載，等待用戶對數據進行加載等操作。圖3為程序各個模塊的實現方法與步驟。

在服務器端，本文提到的基于AR的裝修設計平臺用MySQL數據庫作為主力數據庫[11]，將用戶信息存到數據庫中實現用戶的管理功能，同時每一個unity模型文件擁有唯一命名，然后在數據庫中將模型的名稱與下載地址一一對應，方便數據的下載。在接口方面，該系統使用開源的DreamFactory（簡稱DF）來為平臺生成一套方便安全的接口系統。DF兼容多種服務器端軟件，服務能夠與MySQL數據庫以及用戶管理等機制對接。同時DF提供多重可選擇的API請求方式，方便與客戶端的通信。這樣，DF就成了連接客戶端與數據庫的橋梁。當用軟件建立好一個完整的家庭裝修設計模型之后，我們可以將信息打包保存上傳云端，在打包上傳的時候并不是上傳模型文件，而是上傳可代表模型位置的描述文件[12]，當用戶下載之前保存的或者其他用戶的描述文件之后，程序可以根據現在的環境模型和描述文件來自動化的布局。這樣就可以使用其他用戶的成品來做參考，借鑒一下優秀的設計，所以這樣在很大程度上減少了用戶在相似的裝修環境下的操作，同時也在一定程度上節省了重新布局的時間。endprint

5 結語

本文通過對基于AR技術的裝修設計平臺的研究，提出了一種搭建靈敏快捷、節約成本的裝修設計平臺的方案。相比傳統的裝修設計方式，本文提出的通過基于AR技術的裝修設計平臺的設計方式既能夠很大程度上保證的裝修設計的準確性，又能夠保證用戶看到裝修效果的實時性。通過使用云端mysql數據庫鏈接的DF接口保證的數據傳輸的穩定性與安全性，通過云端與用戶端的連接，組成了一套全面的系統閉環，也在一定程度上提高了設備的便攜性。從而可以應對不同的使用要求，完成相應工作。該平臺在實驗環境下基本實現所述功能，可通過安卓手機一加5上完成裝修設計的基本過程，實現預期功能。

參考文獻

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